आकार का प्रश्न
एक टाइटेनियम नक़्क़ाशी स्नान में 55 डिग्री ऑपरेटिंग तापमान पर 10% एचएफ और 15% एचएनओ₃ होता है। स्नान की मात्रा 4,500 लीटर है। परिवेश 20 डिग्री से तापन 90 मिनट के भीतर पूरा होना चाहिए। उपलब्ध ताप माध्यम 3 बार्ग संतृप्त भाप है।
प्रोसेस इंजीनियर के सामने यह प्रश्न है: कौन सा PTFE हीट एक्सचेंजर सतह क्षेत्र यह प्रदर्शन प्रदान करता है? अंडरसाइज़िंग का मतलब है कि स्नान कभी भी आवश्यक समय के भीतर तापमान तक नहीं पहुंचता है। बड़े आकार में पूंजी की बर्बादी होती है और अत्यधिक टैंक मात्रा की खपत होती है। सही उत्तर व्यवस्थित ताप भार गणना से आता है।
हीट-अप लोड बनाम ऑपरेटिंग लोड
दो अलग-अलग ताप कर्तव्य पीटीएफई सतह क्षेत्र निर्धारित करते हैं। हीट {{1} }अप लोड निर्दिष्ट समय के भीतर स्नान को परिवेश से ऑपरेटिंग तापमान तक लाता है। ऑपरेटिंग लोड स्थिर अवस्था में उत्पादन के दौरान गर्मी के नुकसान के खिलाफ तापमान बनाए रखता है।
ऊष्मा -अप लोड की गणना स्नान द्रव्यमान, विशिष्ट ऊष्मा, तापमान वृद्धि और समय से की जाती है। लगभग 3.8 kJ/kg·K विशिष्ट ताप और 1,100 kg/m³ घनत्व वाले 4,500 लीटर जलीय एसिड घोल के लिए, द्रव्यमान 4,950 किलोग्राम है। तापमान में 20 डिग्री से 55 डिग्री तक की वृद्धि 35 डिग्री है। कुल आवश्यक ऊर्जा 4,950 × 3.8 × 35=658,350 kJ है। 90 मिनट से अधिक समय में वितरित, औसत ताप क्षमता 122 किलोवाट है।
ऑपरेटिंग लोड टैंक की सतह, दीवारों और वेंटिलेशन निकास से गर्मी के नुकसान के लिए जिम्मेदार है। 20 डिग्री परिवेश में 55 डिग्री पर एक अच्छी तरह से इंसुलेटेड 4,500 लिटर का टैंक आम तौर पर सतह क्षेत्र और हवा की गति के आधार पर 15-25 किलोवाट खो देता है। रूढ़िवादी रूप से 25 किलोवाट मानते हुए, पीटीएफई हीट एक्सचेंजर को हीट-अप के दौरान 122 किलोवाट और स्थिर संचालन के दौरान 25 किलोवाट प्रदान करना चाहिए।
हीट-अप लोड आकार पर हावी है। कॉइल को ताप के अंत में 122 किलोवाट प्रदान करना चाहिए {{3}ऊपर की अवधि जब एलएमटीडी सबसे छोटा हो {{4}55 डिग्री के करीब स्नान, 143 डिग्री पर भाप, डेल्टा टी लगभग 88 डिग्री।
तालिका 1: टाइटेनियम नक़्क़ाशी स्नान के लिए पीटीएफई हीट एक्सचेंजर आकार पैरामीटर
| पैरामीटर | कीमत | इकाई |
|---|---|---|
| स्नान की मात्रा | 4,500 | L |
| स्नान मास | 4,950 | किग्रा |
| प्रारंभिक तापमान | 20 | डिग्री |
| लक्ष्य तापमान | 55 | डिग्री |
| आवश्यक ऊष्मायन समय- | 90 | मिन |
| हीट अप ड्यूटी | 122 | किलोवाट |
| परिचालन कर्तव्य | 25 | किलोवाट |
| भाप संतृप्ति तापमान (3 बार्ग) | 143 | डिग्री |
| ताप के अंत में LMTD-ऊपर | 88 | डिग्री |
| डिज़ाइन यू-मूल्य (पतली-दीवार पीटीएफई) | 280 | W/m²·K |
| परिकलित सतह क्षेत्र | 5.0 | m² |
| 15% मार्जिन के साथ अनुशंसित क्षेत्र | 5.8 | m² |
गणना Q=U × A × LMTD का उपयोग करती है। यू-मान मध्यम आंदोलन पर पीटीएफई दीवार चालन और सीमा परत प्रतिरोध के लिए जिम्मेदार है।
एचएफ सामग्री संगतता कारक
टाइटेनियम नक़्क़ाशी स्नान में एचएफ होता है, जो धातु हीट एक्सचेंजर सामग्री को विचार से हटा देता है। टाइटेनियम एचएफ में घुल जाता है। स्टेनलेस स्टील तेजी से खराब होता है। भौतिक बाधा फ्लोरोपॉलीमर चयन को बाध्य करती है।
PTFE HF-HNO₃ मिश्रण में सभी सांद्रता और 260 डिग्री तक के तापमान पर रासायनिक रूप से निष्क्रिय है। पीटीएफई के लिए आकार की गणना किसी भी सामग्री के समान गर्मी हस्तांतरण समीकरणों का पालन करती है। अंतर यू-मान है, जो पतली {{5}दीवार पीटीएफई टयूबिंग के लिए लगभग 280 डब्लू/एम²·के है, जबकि स्वच्छ स्टेनलेस स्टील के लिए 800-1,200 है।
कम U{0}}मान का मतलब है कि PTFE को समान ताप शुल्क के लिए आनुपातिक रूप से अधिक सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है। यह सामग्री व्यापार छूट है: स्थायी एचएफ संगतता के बदले में बड़ा कॉइल फ़ुटप्रिंट। एक काल्पनिक एचएफ-प्रतिरोधी धातु के लिए गणना की गई 5.8 वर्ग मीटर 3.5 - 4.5 वर्ग मीटर हो सकती है, लेकिन ऐसी कोई धातु मौजूद नहीं है।
परिकलित क्षेत्र के लिए कॉन्फ़िगरेशन
सतह क्षेत्र का 5.8 वर्ग मीटर विशिष्ट ट्यूब विन्यास में तब्दील हो जाता है। 10 मिमी ओडी पीटीएफई ट्यूबिंग का उपयोग करके, प्रत्येक रैखिक मीटर 0.0314 वर्ग मीटर सतह क्षेत्र प्रदान करता है। आवश्यक ट्यूब की कुल लंबाई 5.8 / 0.0314=185 मीटर है।
यह लंबाई एक बहु-पास ग्रिड के रूप में व्यवस्थित की गई है। 1-मीटर लंबी ट्यूबों का उपयोग करके एक 10{3}ट्यूब{5}चौड़ा 19{7}ट्यूब{10}गहरा ग्रिड 190 मीटर कुल लंबाई और 5.97 वर्ग मीटर सतह क्षेत्र प्रदान करता है-गणना की गई आवश्यकता के करीब। ग्रिड टैंक फर्श क्षेत्र के लगभग 1.0 × 0.5 मीटर पर कब्जा करता है, जो 4,500-लीटर टैंक के लिए स्वीकार्य है।
एकाधिक ट्यूब पासों में भाप वितरण के लिए उचित आकार के हेडर की आवश्यकता होती है। प्रत्येक पास के सबसे निचले बिंदु से घनीभूत हटाने से बाढ़ को रोका जा सकता है जिससे प्रभावी क्षेत्र कम हो जाता है। ये हाइड्रोलिक डिज़ाइन विवरण थर्मल गणना के समान ही महत्वपूर्ण हैं।
सारांश
टाइटेनियम नक़्क़ाशी स्नान हीटिंग के लिए पीटीएफई हीट एक्सचेंजर सतह क्षेत्र हीट अप ड्यूटी द्वारा निर्धारित किया जाता है, जो आम तौर पर 3 के कारक द्वारा ऑपरेटिंग ड्यूटी से अधिक होता है। गणना पतली-दीवार पीटीएफई टयूबिंग के लिए विशिष्ट यू - मानों के साथ मानक गर्मी हस्तांतरण समीकरणों का उपयोग करती है।
परिणामी क्षेत्र, 15% सुरक्षा मार्जिन के साथ, एक व्यावहारिक ट्यूब ग्रिड कॉन्फ़िगरेशन में परिवर्तित हो जाता है जो प्रक्रिया टैंक के भीतर फिट बैठता है। एचएफ रासायनिक अनुकूलता पीटीएफई सामग्री चयन में अंतर्निहित है और इसके लिए अतिरिक्त डिज़ाइन भत्ते की आवश्यकता नहीं है।
पीटीएफई हीट एक्सचेंजर आकार की आवश्यकता वाले टाइटेनियम नक़्क़ाशी संचालन के लिए, इंजीनियरिंग विश्लेषण स्नान की मात्रा, एसिड सांद्रता, प्रारंभिक और लक्ष्य तापमान, आवश्यक गर्मी अप समय, उपलब्ध भाप दबाव और टैंक आयाम प्रस्तुत करने पर उपलब्ध है।
